自由意志真的存在嗎？利貝特誕辰│科學史上的今天：4/12

你應該看過一些圖，例如「旋轉的舞者」或「前進的騎士」，聽說這些圖可以判斷你是左腦人還是右腦人。

然而這些傳聞可能純屬謠言，或說是偽科學。因為一來，僅要你判斷舞者或騎士方向，無法確認你擅長用左腦還是右腦；二來不管你進行的是理性的思考，還是感性的創意，兩側的大腦都要同時使用。不管科不科學，所謂的左腦右腦開發，恐怕是史上最廣為流傳的心理學迷思吧！

正常人左右腦之間，會透過胼胝體（corpus callosum）來溝通訊息。可是，在醫療倫理未像今天這樣良好建立的時代，神經外科醫師會為癲癇病患進行一種手術，把胼胝體咔嚓切掉，讓大腦不正常的同步放電侷限在一個腦半球，減輕癲癇發作時的症狀。

胼胝體被咔嚓掉的病患，日常生活裡的人格、認知和心理，似乎沒啥重大改變，直到加州理工學院的羅傑．斯佩里（Roger W. Sperry，1913－1994）和他的學生找來裂腦人進行一系列設計巧妙的實驗，發現阻斷左右腦之間的互通有無、讓左右腦不知道另一個腦半球在想啥，會產生不少有趣的實驗結果，也揭露出腦功能側化（Lateralization of brain function）的發現。

當左右腦不能溝通，會發生什麼事？

羅傑．斯佩里因裂腦人的研究榮獲 1981 年諾貝爾生理醫學獎，當時功勞最大的學生是葛詹尼加（Michael S. Gazzaniga），他們共同在加州理工設計一系列實驗，探討裂腦人在語言、視覺和運動上的變化，透過那些實驗，他們發現一些神經認知過程，有左右腦功能側化的現象，也就是主要會由一個腦半球掌管。

此外，他們也發現左腦主要負責說話和語言能力，右腦主要掌管空間和面部辨識。在裂腦人左右腦無法溝通的情況下，研究人員分別讓左右眼觀看不同圖像，實驗者居然可以掰出自以為合理的解釋，例如給右腦看一個雪鏟，左腦看雞爪，實驗者分別用左手指著雪鏟、右手指著雞爪，說鏟子是用來清雞糞的。

裂腦研究的啟示是，大腦並不像學界曾經認定的同質化處理信息，相反的，腦組織會特化成不同模組和迴路來進行特化功能。

這個啟示是個典範轉移，因為當時美國心理學界主導的是行為主義，主張心理學應該研究「可以被觀察和直接測量的行為」，反對研究「沒有科學根據的意識」。

可是葛詹尼加創意的認知神經科學，卻開啟了對意識的科學研究，也因為認識到腦是由不同模組和迴路組成的，葛詹尼加在《我們真的有自由意志嗎？》（Who’s in Charge？: Free Will and the Science of the Brain）一書中主張：腦中沒有一個主導的命令中心，「自我」和「自由意志」都是幻覺，意識是腦整體平行而分散地運作下由「解譯器」產生的（詳情請參見《我們真的有自由意志嗎？》）。

一窺腦科學家的科學與人性面

《切開左右腦：葛詹尼加的腦科學人生》（Tales from Both Sides of the Brain: A Life in Neuroscience）是羅傑．斯佩里高徒葛詹尼加的自傳。葛詹尼加除了是位優異的學者，也相信科學家必須和社會大眾溝通，所以也寫了《大腦、演化、人》（Human: The Science behind What Makes Us Unique）、《社交大腦》（The Social Brain）、《心智問題》（Mind Matters）、《自然界的心智》（Nature’s Mind）、《倫理的腦》（The Ethical Brain）、《我們真的有自由意志嗎？》等科普書。

葛詹尼加的教職經歷很豐富，曾兩度在他的母校達特茅斯學院（Dartmouth College）任教，也兩度待過加州大學聖塔巴巴拉分校，還有在筆者我的母校加州大學戴維斯分校創立的神經科學研究中心，中間還待過紐約大學、紐約州立大學石溪分校、康乃爾大學醫學院等。此外，他創辦了《認知神經科學期刊》，還創建了認知神經科學學會。

《切開左右腦》中，葛詹尼加描述他們研究的進行過程以及科學上的意義。他一開始主要的研究是透過裂腦人進行，隨著技術的進步，他們可以利用更先進的儀器探討大腦功能，如 CT、fMRI、PET、SPECT、MEG 等等，非專家的讀者不見得需要知道這些縮寫的詳細內容，但這般在技術上與時俱進，對科學研究而言是非常重要的。

他也談到生活中相關的決定，如搬家、婚姻、旅行等等，在《切開左右腦》中讓人見識到頂尖科學家的人性層面；另外還有在團隊、期刊、學會、研討會和研究單位創建等過程中，他如何和許多學者、甚至是媒體人及政治家建立了深厚友誼，以及受到許多貴人的相助，可以看出科學研究不是單打獨鬥，人緣好也是很重要的。

整本書，完全沒有談到 KPI、SCI 和期刊論文點數，只有對研究旺盛強烈的好奇心，不像今天亞洲多國學者在政府搞不清楚狀況下，被套牢在拚論文篇數和點數的困境裡；何況從書中葛詹尼加多次在不同大學院校擔任主管、和上層應對打交道的經驗來看，愈有效率的方式往往是愈有彈性的，被一大堆規定綁死、疲於和官僚打交道，只會扼殺一流的創意、製造二流的成果。

如果你對腦科學和神經科學感興趣，《切開左右腦》是本必讀讀物。而如果是想要獻身科學研究或者只想要瞭解相關工作，《切開左右腦》同樣是本很好的參考讀物！

本文原刊登於閱讀最前線【GENE 思書軒】，並同步刊登於 The Sky of Gene。

我們有自由意志嗎？儘管有時我們會有不假思索的本能反應，儘管有時我們會受情緒影響而做出不理性的行為，儘管有時我們會因生存壓力而被迫做出不得已的選擇，但無論如何，大體而言我們仍相當確定「我」是自己的主人，我的行為是源自我的自由意志。然而，美國心理學家利貝特 (Benjamin Libet) 在 1980 年代所做的實驗卻動搖了這個基本信念。

利貝特讓受試者戴上可以偵測腦電圖的電極，然後看著前方電腦螢幕上的時鐘，時鐘刻度上有個圓點會以順時針的方向繞行鐘面，受試者可隨時按下按鈕，但要在決定按下去的那一剎那記住圓點所在位置，利貝特就可以據此知道受試者何時做了按鈕的決定。平均而言，大腦下決定之後隔 0.2 秒手才有動作，這並不奇怪，畢竟神經訊號從大腦傳遞到手本來就需要時間。但奇怪的是，利貝特發現早在受試者按鈕的 0.5 秒之前，腦電圖就己經偵測到受試者打算按鈕的「準備電位」(readiness potential)。也就是說，在你想說：「好，就這時候按！」之前，其實你的大腦早就已經做好決定了。

利貝特改用彎曲手指或轉動手腕的方式來實驗，所得到的結果也都一樣。我們以為是自己有意識地做了選擇，其實這個選擇在我們毫不知情之下早就被決定了！這麼說來，所謂自由意志只是一種幻覺嗎？只是事後為了將大腦的神經活動合理化的自圓其說嗎？難道我們只是神經科學家哈里斯 (Sam Harris) 所形容的「生化傀儡」嗎？

這個實驗結果帶來的衝擊甚至遠甚於道金斯的「自私的基因」理論，畢竟我們原本還能寄望於自由意志可以掙脫基因施加於我們身上的先天桎梏。一旦連自由意志都是假的，那麼笛卡兒說的「我思故我在」又有何意義？

利貝特的實驗挑起的議題畢竟太具爭議性，一方面啟發許多神經科學家用更先進的儀器與方法重做利貝特的實驗，一方面也引發許多哲學家以不同觀點詮釋這些實驗結果。無論如何，對於自由意志的繼續深入挖掘與多方面的研究探討，總是有助於我們更加了解自己，而找出安身立命之道。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

或許你聽過棉花糖實驗，但是身為成人或青少年，棉花糖恐怕不算啥誘惑了，不過如果是金錢、榮耀、高富帥／白富美、高熱量食物、電動遊戲……呢？我們目前能抗拒誘惑，是否只是心中真正想得到的東西還未出現，又或者真是自己自制力真的特強？

棉花糖的實驗，如何討論自制力？

廣為人知的史丹佛棉花糖實驗（Stanford Marshmallow Experiment），是 1966 年到 1970 年代早期，史丹佛大學心理學家沃爾特．米歇爾在幼兒園進行的一系列關於自制力的心理學經典實驗。心理學家召集六百多名四歲兒童進行了一場簡單的實驗。每位孩子在房間裡獨處十五分鐘，面對桌上一顆棉花糖，如果研究人員回來時棉花糖還在桌上，這位孩子會多得到一塊棉花糖作為獎勵。然而若他們吃掉了棉花糖，實驗就此結束，他們也拿不到多一塊棉花糖。如果孩子沒吃掉棉花糖，則會得到第二塊。十五分鐘的等待換得報酬率百分之百的投資，對四歲孩子來說是個很不錯的交易。

不少小孩忍不住把棉花糖吃了，約有三分之一的小孩撐過了十五分鐘，得到了第二塊棉花糖的獎勵。後續的追蹤研究發現，四歲時能忍著沒吃第一塊棉花糖的孩子，長大後學業表現較佳。他們與老師、同學、父母互動較好，收入也較高而且身體也較健康等等。

簡單來說，棉花糖實驗顯示有自制力抗拒誘惑延遲滿足的人，可能在事業和人生有比較好的成就。然而，如果無法忍著不吃棉花糖，是否就注定了未來一事無成？ 有人天生自制力就較強，就像肌肉一樣，有人天生肌肉發達。但自制力能鍛鍊，也像肌肉一樣會痠痛疲憊，；如果自制力可能比智商更重要，那麼我們對下一代的教育，是否更該重視自制力養成？德國著名的神經科學家和科普作家阿希姆‧鮑爾（Joachim Bauer）的《棉花糖的誘惑：從腦神經科學看自制力》（Selbststeuerung: die Wiederentdeckung des freien Willens）談的就是這個問題。

真正的自由意志，來自於「自制」？

《棉花糖的誘惑》的寫作風格和英美科普書不同，很有德式冷靜的論證風格。阿希姆．鮑爾第一章就從哲學、神經科學及心理學的角度抨擊主張人沒有自由意志的神經科學研究和主張。

我在此專欄中介紹過這個主張，包括《我們真的有自由意志嗎？：意識、抉擇與背後的大腦科學》（Who’s in Charge? : Free Will and the Science of the Brain）和《我即我腦：從子宮孕育到阿茲海默症，大腦決定我是誰》（Wij Zijn Ons Brein），都有提到神經科學研究推翻了自由意志等等，證據是在我們的意識作出反應前的些微片刻，下意識（或稱潛意識或無意識）就先有了決定。

但是阿希姆．鮑爾認為如此解讀是個嚴重的誤解，他主要論點是我們的精神活動中，有意識的相對之下僅是一小部分，但意識和潛意識並非單向溝通、而是互相滲透的，潛意識並非自由意志的敵人。

阿希姆．鮑爾主張，真正的自由來自自制，這和千古以來哲人大德的主張一樣。只要我們能夠靜下心來思考，比較不同狀況中各個選項的利弊得失，繼而做出選擇，我們就擁有「自由意志」。他接著論證，人類天生就具有習得自制的能力，前額葉皮質裡的神經網絡是自制力的神經生物基礎，兩歲以前的教養，教導小孩不衝動行事，對妥善自制力的養成格外重要。

如果自由意志也是教育問題，社會經驗會影響大腦發育，那下一代小孩的自制力教育，大人責無旁貸，畢竟如果大人都不可靠，那怎麼奢言要小孩自我節制？阿希姆．鮑爾強調，自制力並不違背人類的真實天性，長久以來都是我們的一大生物功能，使我們在滿足立即需求與達成長期目標之間，取得健康的平衡。的確，人類相較其他靈長類親戚最大的差異之一，就是人類較發達的前額葉皮質，讓人類能夠有理性決策的能力。

如今西方國家邁向成癮社會，讓阿希姆．鮑爾感到擔憂。他探討了德國人的自我節制能力，認為無法抗拒菸酒和飲食習慣的誘惑，造就了一大批不健康的國民。他同時也批評現代媒體的過度使用，讓小孩沉迷網路世界，逃避了真實世界中更多的樂趣。

能抵抗棉花糖誘惑的小孩，長大後也比較健康。因此阿希姆．鮑爾主張，優良的醫學不應僅止於提供患者藥物、手術及療程，而應幫助患者增強心理上的自制潛能，啟動病患生理上的自癒能力；對於病人，他認為疾病的挑戰促使我們重新探索人生，若能藉此強化自我力量的覺醒，就能化危機為轉機，激發對抗阿茲海默症及癌症等重大疾病的潛能。

中庸之道：適度體會誘惑，同理並掌握自制

儘管自制力真的很重要，但《棉花糖的誘惑》的作者是德國人，而東亞社會卻有許多狀況和歐洲文化不同。如東亞社會傳統上極為強調的溫良恭儉讓，就是自制力的不同面向。我們的應試教育，除了考智商，不就是強迫小孩學習延後滿足嗎？在整個教育過程，要求小孩對抗遊樂和兩性交往的誘惑，強迫他們把滿足時間延後十幾廿年到出社會後，然後屆時才責備孩子沒有社交和兩性交往的能力。

另外，自制力應用到了極致，塑造的可能不是人，而是「超理性」的怪物，沒有同理心，無法享受生活的樂趣。一切所作所為都不是為了樂趣，全都是一項又一項的利害算計。其實這樣的人，歷史上不少，如阿道夫．希特勒，就是個野心勃勃、自制力超強的人，難道他對人類造成的苦痛會太少嗎？

因此我認為，要作為一個有同理心的人，中庸之道不是用自制力去抗拒排斥所有誘惑，而該適時適度地體驗一下誘惑的樂趣吧？

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】，並同步刊登於The Sky of Gene。

超前意志、且可以預測意志的腦部反應

最早以神經科學方法研究上述問題的科學家，應該是美國加州大學舊金山分校的神經生理學家利貝特（Benjamin Libet）。1983 年，利貝特發表了一項驚人的實驗，他要求受試者自由「決定」一個時間點舉起左手或右手，並根據一個碼錶來回報該「決定」在自己心中出現的時間。結果他在腦電圖中發現，舉手的「意識意志」（conscious will）出現的一秒鐘前（就是意識到自己「想要」舉手的一秒鐘前），大腦就已經出現相關的神經變化。

照理說，如果自由意志真的存在，那「意識意志」發生的時間點應該早於大腦的生理變化才對。然而實驗結果卻完全相反，大腦的生理變化反而早於「意識意志」發生的時間點。如果「意識意志」的感受只是大腦神經變化的結果，那我們真的有自由意志可言嗎？

這個實驗結果一出，立刻引起了科學界和哲學界的震撼。科學界對實驗方法有許多質疑和討論，而哲學界則對實驗結果的衍生意涵充滿興趣。

在這項研究發表後的過去三十年間，熱烈的實驗複製和學術討論從來不曾間斷。2008 年，德國馬克士普朗克研究所的認知神經科學家孫俊祥（Chun Siong Soon），也利用了功能性磁振造影成功再現了利貝特的實驗結果！

這位認知神經科學家孫俊祥和我頗有淵源。我們的第一次見面，是在達特茅斯學院。那時大概是 2005 年，我還是博士班學生，他則是從新加坡來進行短期研究的學生。我們當時就是因為都對意識和自由意志的問題很有興趣，所以才有機會在相互討論後結識。孫俊祥後來去了德國，成為海因斯（John-Dylan Haynes）的博士班學生，並發表了上述的研究。

很巧的是，我在幾年前來到新加坡，在杜克－新加坡國立大學醫學研究院（Duke-NUS Medical School）成立我的實驗室，而孫俊祥剛好也在這所學校中擔任博士後研究員。2012 年，我們因為研究興趣相近，他就進到了我的實驗室一起合作。能在實驗室成立初期，有這麼一位實力強大的幫手加入，真的非常幸運！

腦造影否定自由意志？

孫俊祥在這項研究中發現，受試者決定做動作前（十秒前！）出現的神經變化，竟然可以預測他們將會使用左手或右手。2013 年，更在另一項實驗中成功預測了受試者的心算選擇（可以預測他們即將要在心中進行加法運算或減法運算）！

在其他的決策行為研究中，也可以觀察到類似的現象。連我自己也在一系列實驗中發現，不管是比較基礎的知覺判斷、或是較高階的行為決策，都可能可以透過事前的腦部活動來進行預測。

比方說，我在麻省理工學院進行博士後研究時，就已經發現某些腦區的神經活動可以預測「雙眼競爭」的結果。

「雙眼競爭」是潛意識知覺研究中最常使用的一個實驗典範。十六世紀文藝復興時期的歐洲學者波爾塔（Giambattista della Porta）是第一個記錄下這個現象的人。他發現在左眼和右眼前分別放置一本書時，他只能「見到」其中一本，而且每隔幾秒鐘，視覺意識內容會在兩本書之間轉換。

各位讀者如果想要體驗雙眼競爭，可以試試以下這個的方法：首先，閉上左眼，然後把右手大拇指伸出來。接著，把右手大拇指由右至左緩緩移動，慢慢的遮住右下角的書頁號碼（或者是最右下角的字）。當號碼一被遮住時，就立刻停住，不要再繼續移動大拇指。好，現在你可以張開左眼了。此時你會發現，你的右眼是看不到書頁號碼的，但是左眼可以（你可以輪流閉一隻眼睛觀察看看）。當你確定右眼看不到書頁號碼，但是左眼可以之後，你就利用雙眼同時進行觀察。此時你是否發現，有時候你會只看到書頁號碼，但是過了幾秒後，你卻只能看見大拇指，並且兩種狀態會持續輪轉。偶爾有些時候，你可能也可以同時看到書頁號碼和大拇指。這就是雙眼競爭現象。

現代實驗心理學家進一步發現，即使其中一隻眼睛中的內容沒有被意識到，大腦仍會處理這隻眼睛接收的內容資訊。而我在麻省理工學院進行的一項功能性磁振造影實驗中，更進一步發現了可以預測雙眼競爭結果的神經活動。在這項實驗裡，我們讓受試者的兩眼分別觀看不同的視覺刺激（其中一眼觀看臉孔、另一眼觀看風景），然後要求他們回報自己是否看到臉孔。結果發現梭狀臉區（fusiform face area，對臉孔特別有反應的腦區）在視覺刺激出現前兩秒鐘的神經反應，就已經可以預測受試者是否會看見臉孔。換句話說，在受試者尚未見到任何視覺刺激之前，我們就可以觀察到梭狀臉區裡有一些雜訊般的神經反應，而這些反應似乎可以影響受試者兩秒鐘後的行為反應。

另外，我目前在杜克－新加坡國立大學醫學院的腦與意識實驗室也透過功能性磁振造影發現，在受試者做出高階行為決策的數秒鐘前，腦部某些特定區域的活動也可以預測受試者的決定。在其中一個實驗中，我們讓受試者看許多圖畫、並一張張詢問他們是否喜歡，結果發現，在受試者看到圖畫的數秒鐘前，大腦前額葉的神經活動可以成功預測他們是否會表示喜歡。

在另一個功能性磁振造影實驗中，我和來自台灣的黃瑜峰博士合作，讓受試者進行賭博遊戲，每一局遊戲中都會提供兩種選項，其中一個低風險選項是 100 ％會獲得某個數量的金錢（例如有 100 ％的機率獲得四元），另一個高風險選項則是有較低的機率獲得較高的金錢（例如有 50 ％的機率獲得八元和 50 ％的機率獲得零元）。我們把兩個選項的獲得金錢期望值設定得非常相近，並要求受試者在兩秒鐘之內做出選擇。

結果發現， 在受試者看到選項的數秒鐘之前， 大腦左側伏隔核（nucleu saccumbens）和額葉中迴（medial frontal gyrus）的神經活動也可以成功預測他們是否會選擇風險較高或較低的選項。

這些發現聽起來很神奇，但是讀者們別把它們和心電感應之類的發現搞混了。我們的發現並不是心電感應、也不是所謂的特異功能。我們的發現只是顯示出，人類的行為決策似乎會受到大腦中許多無意識訊息或雜訊的影響。只要透過儀器找出這些關鍵的訊息或雜訊，我們就有可能可以藉此預測人的決策。

本文摘自《大腦簡史：生物經過四十億年的演化，大腦是否已經超脫自私基因的掌控？》，貓頭鷹出版。